四柱式液压支架工作特性的应用研究

液压支架是煤矿井下用于巷道支护的设备,其工作时的支护稳定性和可靠性直接关系到煤矿井下的综采作业效率与安全性,四柱式液压支架作为一种重要的支护设备,在井下应用的过程中存在着对井下复杂环境的适应性差、收撤速度慢等缺点,支护作业时的承载特性也具有不稳定性,因此给煤矿井下的安全生产造成了较大的安全隐患。以四柱式液压支架为研究对象,对其工作特性进行分析,确定影响其支护时承载稳定性的因素,结果表明,通过加大液压支架前侧两个支柱的工作阻力,并同步降低后侧的两个支柱的工作阻力,能够显著提升液压支架支护作业时的支撑力和支护稳定性,对提升四柱式液压支架井下工作稳定性和适应特性具有重要意义。

四柱支撑掩护式液压支架支护状态分析计算

为解决特殊地质条件下四柱支撑掩护式液压支架智能控制的技术难题、提升工作面智能化开采技术水平、丰富四柱支撑掩护式液压支架支护状态监测技术的理论基础,对四柱支撑掩护式液压支架支护状态进行了系统分析,提出液压支架支护状态主要包括姿态特征与承载特征。结合支架平面对称结构及受力特性,构建了四柱支撑掩护式液压支架平面杆系姿态分析模型与平面杆系承载分析模型,基于模型推导了支架姿态特征计算方法和承载特征计算方法。在Solid Works仿真平台构建了支架简易运动学模型并进行运动仿真,利用MATLAB软件对仿真运动进行解算,验证了姿态特征计算方法的正确性。该研究成果为推进四柱支撑掩护式液压支架支护状态监测技术的发展具有重要意义。

四柱支撑掩护式支架空间承载特性研究

针对基于平面力系建立的承载区理论未能反映四柱支撑掩护式支架顶梁全范围的承载特性问题,提出采用承载体理论分析四柱式支架顶梁全范围的空间承载特性。通过构建四柱式支架顶梁分离体空间力学模型,得到空间力系表达式并推导出承载曲面解析式;根据曲面判定原则进行取舍得到支架处于最大支撑高度时的承载体即极限承载体,其外形与“三角曲面锥”体类似,呈现四周低、中心高的特点。对四柱式支架极限承载体做垂直及水平切面得到纵、横向承载区以及承载力等值面,分析得到纵向承载区在顶梁纵向中部的支架合力以及面积最大,并沿两侧衰减,与平面承载区理论研究结果相同;横向承载区以极限承载点m0为界差异显著,承载区面积在m0处最大,并向前后两侧减小;承载力等值面呈三角形分布,承载力越大三角形越小。提出了量化支架承载能力的体积计算法;分析了极限承载体体积的关键影响因素为支架单立柱工作阻力和立柱定位尺寸,结果表明:单立柱工作阻力异常下降会影响支架的额定工作阻力,减小承载容量,影响支架的整体承载性能,削弱支架对顶板的适应能力;适当增大立柱间距能够增加支架的承载容量,扩大支架的有效支护面积,增强支架对顶板载荷变动的适应性,提高控顶效果,而支架的整体支撑效率并不改变。

两柱式和四柱式放顶煤支架在急倾斜煤层中适用性研究

为了研究四柱支撑掩护式和两柱掩护式低位放顶煤液压支架在急倾斜煤层中的适用性,基于靖远宝积山煤矿在急倾斜煤层中实际使用的四柱支撑掩护式液压支架和两柱掩护式放顶煤液压支架的支柱工作阻力与实际应用效果观测,分析了四柱支撑掩护式液压支架前后柱受力不均衡的原因和影响支架端面控顶效果因素。分析结果表明:与四柱支撑掩护式相比,两柱掩护式综放液压支架左右立柱受力均衡,初撑力利用效率高,支柱可以提高较大的水平阻力,端面控顶效果好,在急倾斜工作面中适用性更强。

两柱掩护式电液控制支架在“两硬”条件下的应用

针对侏罗纪煤层处于坚硬整体性顶板和坚硬煤层的"两硬"开采条件的特点,通过两柱掩护式支架与四柱支撑掩护式支架的比较,介绍了电液控制技术在液压支架上的应用前景,论述了两柱掩护式电液控制支架的实用性及优越性,得出在"两硬"条件下中厚以上煤层中应推广使用两柱掩护式支架,并根据发展逐步实现支架的电液控制的结论。

放顶煤液压支架承载特性及其适应性分析

通过对两柱、四柱式放顶煤液压支架支架结构特征分析,研究了不同工作阻力两柱式放顶煤液压支架、相同工作阻力两柱和四柱式放顶煤液压支架承载特性和其影响因素,并对液压支架适应性进行分析。研究结果表明:液压支架的结构特性决定其承载特性,两柱式放顶煤液压支架平衡千斤顶机构决定其有效承载范围在顶梁柱窝附近,增大立柱和平衡千斤顶的工作阻力能增大其承载能力,但通过增大平衡千斤顶工作阻力改变支架承载能力有限;四柱式放顶煤液压支架两排立柱与顶梁铰接位置决定其有效承载范围与立柱排距相当,增大前柱工作阻力降低后柱工作阻力能提高支架顶梁前段支撑能力,使支架有效承载范围前移;液压支架承载特性决定其适应性。平衡千斤顶能适时调节两柱式放顶煤液压支架顶梁上顶板荷载作用的位置,使其能适应一般综放工作面,但特厚煤层大采高综放工作面顶板荷载受顶煤放出影响作用位置多变,易导致平衡千斤顶损坏,四柱式支架有效承载范围较宽,使其能适应特厚煤层大采高综放工作面。

新型四柱式充填液压支架的力学分析

通过分析综采充填工作面上覆岩层运动规律,将充填液压支架后方直接顶结构简化为悬臂梁结构,确定充填液压支架与直接顶之间的相互关系,建立四柱式充填液压支架的力学模型。在对支架力学模型分析的基础上,得到液压支架前后排立柱以及千斤顶的工作阻力。将四柱式充填液压支架应用于唐山矿工程实践,现场近3年的应用实践表明,四柱式充填液压支架可以有效解决六柱式充填液压支架中存在的立柱受力不合理问题。相关研究成果可为液压支架发展研究及设计提供参考。

薄煤层液压支架的分析与研究

分析我国现有几种薄煤层液压支架架型,从整体性能、可靠性及经济性三个方面比较了二柱掩护式及四柱支撑掩护式液压支架,并为今后薄煤层支架设计提出改进方案,使之能更适应薄煤层的开采。